Elektroanalitik yöntemler

Elektroanalitik yöntemler, analitik kimyada kullanılan ve bir örneğin analizini, o örneği içeren elektrokimyasal hücredeki potansiyel (volt) ve/veya akım (amper) ölçümleriyle gerçekleştiren teknikler bütünüdür. Bu yöntemler, hücrede hangi parametrelerin kontrol edildiğine ve hangilerinin ölçüldüğüne göre çeşitli alt kategorilere ayrılır. Başlıca üç temel elektroanalitik yöntem şunlardır:

Potansiyometri: Elektrotlar arasındaki potansiyel farkı ölçülür.
Amperometri: Ölçüm sinyali olarak elektrik akımı kullanılır.
Koulometri: Belirli bir sürede geçen elektrik yükü hesaplanır.

Potansiyometri
Potansiyometri, iki elektrot arasındaki potansiyel farkını pasif bir şekilde ölçen ve bu sırada örneğe minimum müdahalede bulunan bir tekniktir. Bu yöntemde biri sabit potansiyele sahip referans elektrot, diğeri ise çözeltinin bileşimine bağlı olarak potansiyeli değişen gösterge (indikatör) elektrot olmak üzere iki elektrot kullanılır. Elektrotlar arasındaki potansiyel farkı, örneğin kimyasal bileşimi hakkında bilgi verir. Elektrot, çözelti ile denge halindeyse ve ölçüm sırasında çözeltide bir bozulma meydana gelmiyorsa, bu yöntemle çözeltinin potansiyeli doğrudan ölçülmüş olur.

Potansiyometrik ölçümlerde, hedef iyonlara karşı seçici olan elektrotlar tercih edilir. Örneğin, florür iyonu için florür seçici elektrotlar kullanılır ve bu sayede ölçülen potansiyel yalnızca o iyonun etkinliğine bağlı olur. Elektrotun çözeltiyle dengeye ulaşma süresi, ölçümün duyarlılığını ve doğruluğunu etkileyebilir.

Su bazlı ortamlarda platin elektrotlar, yüksek elektron transfer kinetikleri nedeniyle sıkça tercih edilir. Ancak bazı uygulamalarda, bu kinetikleri artırmak amacıyla farklı metallerin bir arada kullanıldığı elektrotlar da kullanılabilir. Günümüzde en yaygın kullanılan potansiyometrik elektrot tipi, pH ölçümünde kullanılan cam zarflı elektrottur.

Potansiyometrinin bir türevi olan kronopotansiyometri, sabit bir akım uygulanarak potansiyelin zamana bağlı olarak ölçülmesi esasına dayanır. Bu yöntem ilk kez Weber tarafından geliştirilmiştir.

Amperometri
Amperometri, elektrokimyasal tekniklerin genel bir sınıfını ifade eder ve bu yöntemlerde bir akım, genellikle zaman (kronoakımmetri) ya da elektrot potansiyeli (voltametri) gibi bağımsız bir değişkenin fonksiyonu olarak ölçülür. Amperometrik analizlerde, elektrot yüzeyinde gerçekleşen redoks tepkimeleri sonucunda oluşan akım, analitin varlığı ve konsantrasyonu hakkında bilgi sağlar.

Kronoakımmetri, sabit bir potansiyel altında, polarizasyonun başladığı andan itibaren geçen farklı zaman noktalarında akımın ölçülmesini içeren bir tekniktir. Bu yöntem genellikle karıştırılmamış çözeltilerde ve sabit bir elektrot düzeninde gerçekleştirilir; böylece konveksiyonla kütle transferi önlenerek yalnızca difüzyonla taşınım sağlanır.

Voltametri ise amperometrinin bir alt dalı olup, elektrota uygulanan potansiyel zamanla değiştirildikçe oluşan akım ölçülür. Potansiyelin zamana göre nasıl değiştirildiği (örneğin doğrusal, kare dalga, üçgen vs.) voltametrik tekniklerin türlerini belirler.
----

Kronoakımmetri
Kronoakımmetri, çalışma elektroduna ani bir potansiyel adımı uygulandığı ve bu adımdan sonraki süreçte akımın zamanla değişiminin ölçüldüğü bir tekniktir. Bu teknik genellikle eksiksiz (tüketici olmayan) bir yöntem olmadığından, analiz edilen maddeyi tamamen tüketmeden çalışmak gerekir. Bu nedenle, analizlerde mikroelektrotlar tercih edilir ve ölçüm süresi oldukça kısa tutulur — genellikle 20 milisaniye ile 1 saniye arasında — böylece analit konsantrasyonu sabit kalır ve örnek korunur.

Voltametri
Voltametri, bir elektrot yüzeyine sabit ya da zamanla değişen bir potansiyel uygulanarak oluşan akımın ölçüldüğü elektroanalitik bir tekniktir. Bu ölçümler, genellikle üç elektrotlu bir sistem kullanılarak gerçekleştirilir: çalışma elektrodu, yardımcı (karşı) elektrot ve referans elektrot. Voltametri, analiz edilen maddenin indirgenme potansiyelini ve elektrokimyasal tepkimeye yatkınlığını belirlemeye yardımcı olur.

Pratikte, bu yöntem tahribatsız sayılabilir çünkü çalışma ve yardımcı elektrotların yüzeyinde gerçekleşen tepkimelerde analitin yalnızca çok küçük bir kısmı tüketilir. Ancak, elektrolit çözeltisinden analiti ayırmak genellikle zor olduğu için analiz sonrası çözelti atılır. Tipik bir voltametrik deney, analit konsantrasyonu 1–10 mmol/L aralığında olan 1–10 mL hacminde bir çözelti ile gerçekleştirilir. Daha gelişmiş voltametrik yöntemler, yalnızca mikrolitre düzeyindeki hacimlerde ve nanomolar düzeydeki konsantrasyonlarla da çalışabilir.

Ayrıca, hem organik hem de inorganik örneklerin analizi için kimyasal olarak modifiye edilmiş elektrotlar kullanılabilir.

Polarografi
Polarografi, voltametrinin özel bir türüdür ve çalışma elektrodu olarak damlayan cıva elektrodu kullanılır. Bu yöntem, elektrot yüzeyinin sürekli yenilenmesi sayesinde oldukça tekrarlanabilir ve kararlı sinyaller verir.

Koulometri
Koulometri, bir analitin tamamen bir oksidasyon ya da indirgenme tepkimesine sokulduğu ve bu süreçte geçen toplam elektrik yükünün (akım × zaman) ölçüldüğü elektroanalitik bir tekniktir. Bu yöntemle geçen elektron sayısı doğrudan ya da dolaylı olarak ölçülerek analitin miktarı hesaplanabilir. Analitin miktarı biliniyorsa, tepkimeye katılan elektron sayısı belirlenebilir.

Koulometrinin yaygın biçimleri arasında:

Toplu elektroliz (ya da potansiyostatik koulometri, yani sabit potansiyel altında yapılan elektroliz),
Ve çeşitli koulometrik titrasyonlar yer alır.

Bu teknikler, yüksek doğruluk gerektiren analizlerde sıklıkla tercih edilir.

Kaynakça